欢迎来到知嘟嘟! 联系电话:13336804447 卖家免费入驻,海量在线求购! 卖家免费入驻,海量在线求购!
知嘟嘟
我要发布
联系电话:13336804447
知嘟嘟经纪人
收藏
专利号: 2023112187802
申请人: 东莞理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-12-26
缴费截止日期: 暂无
价格&联系人
年费信息
委托购买

摘要:

权利要求书:

1.一种基于非对称微纳光波导的光热光谱气体检测系统,其特征在于,包括:探测激光组件、泵浦激光组件、偏振干涉环和数据采集组件;

所述偏振干涉环包括非对称微纳光波导;所述非对称微纳光波导具有偏振干涉群双折射拐点;所述偏振干涉群双折射拐点处的波长为1450nm;所述偏振干涉环还包括:第一光耦合器、第一波分复用器、偏振控制器和第二波分复用器;所述探测激光组件的输出端与所述第一光耦合器的第一端口连接;所述第一光耦合器的第二端口和所述泵浦激光组件的输出端均与所述第二波分复用器的输入端连接;所述第二波分复用器的输出端与所述非对称微纳光波导的输入端连接;所述非对称微纳光波导的输出端依次通过所述第一波分复用器和所述偏振控制器与所述第一光耦合器的第三端口连接;所述第一光耦合器的第四端口与所述数据采集组件的输入端连接;所述探测激光经过第一端口进入所述第一光耦合器,所述探测激光分别经第二端口和第三端口出射,两路出射激光沿相反方向传播;

所述探测激光组件用于产生探测激光;所述探测激光的中心波长为设定范围内的正交点处的波长;所述设定范围为以偏振干涉群双折射拐点为圆心,以偏振干涉群双折射拐点处的光强下降到一半光强时的距离为半径的线性波长范围;所述探测激光进入具有双折射特性的微纳光波导时,激发出正交偏振模式;

所述泵浦激光组件用于产生泵浦激光;所述泵浦激光组件包括:依次连接的激光驱动器、泵浦光源和第一隔离器;所述第一隔离器的输出端与所述偏振干涉环连接;所述激光驱动器的输入端作为所述泵浦激光组件的输入端;所述激光驱动器用于驱动所述泵浦光源产生波长调制的泵浦激光;所述泵浦光源所产生的激光波长与待测吸收性气体的任意一条吸收谱线相对应;所述泵浦光源产生波长为1530.371nm的单频泵浦光;

所述非对称微纳光波导的外部填充待测气体;所述非对称微纳光波导用于接收所述探测激光和所述泵浦激光;所述泵浦激光用于在所述非对称微纳光波导中激发倏逝波;所述待测气体吸收所述倏逝波,产生光热效应并伴随着热传导,以改变所述待测气体和所述非对称微纳光波导的折射率;折射率改变的非对称微纳光波导用于在所述探测激光经过后在两个正交偏振模式之间产生附加相位差;

所述数据采集组件用于检测所述附加相位差,并根据所述附加相位差确定所述待测气体的浓度。

2.根据权利要求1所述的基于非对称微纳光波导的光热光谱气体检测系统,其特征在于,所述探测激光组件包括:激光反馈控制器、压电光纤拉伸器、探测光源和第二隔离器;

所述激光反馈控制器连接所述压电光纤拉伸器和所述探测光源;

所述压电光纤拉伸器用于通过所述激光反馈控制器的驱动将所述探测光源的中心波长为设定范围内的正交点处的波长。

3.根据权利要求1所述的基于非对称微纳光波导的光热光谱气体检测系统,其特征在于,所述第一光耦合器的第一端口作为所述偏振干涉环的输入端;所述第一光耦合器的第四端口作为所述偏振干涉环的输出端;

其中,第一出射激光依次经过所述第二波分复用器、所述非对称微纳光波导、所述第一波分复用器和所述偏振控制器后经过第三端口进入所述第一光耦合器,第二出射激光依次经过所述偏振控制器、所述第一波分复用器、所述非对称微纳光波导和所述第二波分复用器后经过第二端口进入所述第一光耦合器;传播后进入所述第一光耦合器中的两路出射激光作为两个正交偏振方向的光;

所述第二波分复用器用于将所述第一出射激光和所述泵浦激光输入非对称微纳光波导;所述第一波分复用器用于滤除所述泵浦激光;所述偏振控制器用于对经过所述非对称微纳光波导传输后的第一出射激光的快慢轴进行转换;

两个正交偏振方向的光在所述第一光耦合器相遇后产生偏振干涉,并在所述第一光耦合器的第四端口输出偏振干涉光谱。

4.根据权利要求2所述的基于非对称微纳光波导的光热光谱气体检测系统,其特征在于,所述数据采集组件包括:依次连接的第二光耦合器、第一光电探测器、锁相放大器和采集卡;所述第二光耦合器的输出端还与所述探测激光组件的输入端连接;所述锁相放大器的输出端还与所述泵浦激光组件的输入端连接;

所述第二光耦合器用于按照设定光功率比将经过所述非对称微纳光波导传输后的探测激光划分为第一路激光和第二路激光;

所述第一光电探测器用于接收所述第一路激光,并将所述第一路激光转换为第一电信号后传输至所述锁相放大器;

所述锁相放大器用于从所述电信号中解调出谐波信号;所述谐波信号中携带两个正交偏振模式在经过非对称结构微纳光波导传输后产生的附加相位差;

所述采集卡用于接收所述谐波信号,并确定所述谐波信号的峰峰值,根据所述峰峰值与待测气体的浓度成正比的关系,确定所述待测气体的浓度;

所述探测激光组件还用于接收所述第二路激光;所述第二路激光在进入所述探测激光组件后,产生反馈激光控制信号。

5.根据权利要求4所述的基于非对称微纳光波导的光热光谱气体检测系统,其特征在于,所述探测激光组件还包括:依次连接的第二光电探测器和低通滤波器;

所述第二光电探测器的输入端与所述第二光耦合器的输出端连接;所述激光反馈控制器的输出端与所述压电光纤拉伸器连接;

所述第二光电探测器用于将所述第二路激光转换为第二电信号;

所述低通滤波器用于对所述第二电信号进行滤波,得到反馈激光控制信号;

所述激光反馈控制器用于根据所述反馈激光控制信号,驱动所述压电光纤拉伸器控制所述探测光源将探测激光的中心波长锁定为设定范围内的正交点处的波长。

6.根据权利要求1所述的基于非对称微纳光波导的光热光谱气体检测系统,其特征在于,所述非对称微纳光波导为椭圆微纳光波导。

7.根据权利要求6所述的基于非对称微纳光波导的光热光谱气体检测系统,其特征在于,所述椭圆微纳光波导是采用两步拉锥法对椭圆光纤施加沿两个反方向匀速移动的力,使椭圆光纤的两端逐渐减小而中间部分逐渐均匀变细形成的;

所述椭圆微纳光波导包括:两端的锥形过渡区和中间部分的椭圆均匀区域。

8.根据权利要求7所述的基于非对称微纳光波导的光热光谱气体检测系统,其特征在于,所述椭圆光纤的椭圆率为0.4-0.6;所述椭圆光纤的长轴尺寸为1.4μm-1.9μm;所述椭圆微纳光波导中的椭圆均匀区域的长度为3mm-6mm。

9.根据权利要求1所述的基于非对称微纳光波导的光热光谱气体检测系统,其特征在于,所述偏振干涉环还包括:气体收集室;所述非对称微纳光波导设置在所述气体收集室内;所述气体收集室内填充待测气体。